660 Гл. XVIII. Электролиз водных растворов
Согласно закону Фарадея при прохождении 26,8 а-ч должно выделиться 1 1 ,2 л водорода и 5,6 л кислорода (при 0 и давлении 760 мм рт. ст.). Следовательно, на 1 м. водорода и 0,5 м3 кислорода теоретически требуется затратить 2383,8 а-ч.
Напряжение разложения. Теоретическое напряжение разложения воды равно напряжению идеального водородно-кислородного элемента и составляет 1,23 в при температуре электролита 17 и давлении 1 ата. С повышением температуры теоретическое напряжение разложения воды убывает, составляя 1,18 в при 80 .
Температурный коэффициент электродвижущей силы водородно-кислородной цепи в интервале температур от 17 до 80 -ту, = 0,0008 в/град.
Зная температурный коэффициент электродвижущей силы, можно рассчитать теоретический потенциал разложения воды, исходя из значений теплового эффекта реакции, по уравнению Гиббса-Гельмгольца (стр. 556):
f Q TdE
2-96500-0,239 dT
где 0,239 - тепловой эквивалент электроэнергии.
В практических условиях осуществить электролиз воды обратимым путем, естественно, невозможно, так как нельзя устранить потери энергии на преодоление вредных сопротивлений, например перенапряжения газов на электродах, сопротивления электролита, сопротивления электродов, контактов и т. п. Напряжение на ванне (т. е. разность потенциалов между электродами) равно арифметической сумме падения напряжения на отдельных участках ванны при преодолении перечисленных выше сопротивлений. В зависимости от условий работы и конструкции ванны фактическое напряжение на ванне в 1,5 - 2 раза превышает теоретическое и составляет 1,9 - 2,5 в.
Наиболее значительны потери энергии, связанные с преодолением перенапряжения на электродах и сопротивления электролита. Перенапряжение водорода в 16% -ном растворе едкого натра на электроде из никелевой стали при плотности тока 1000 а/м2 и температуре 18 составляет 0,36 в, а при плотности тока 500 а/м2 и той же температуре оно> снижается до 0,31 в; аналогичные явления наблюдаются и для перенапряжения кислорода на тех же электродах.
С повышением температуры электролиза напряжение на ванне уменьшается, поэтому в практических условиях поддерживают температуру от 60 до 80 . Выше 80 температуру не повышают, так как при этом значительно усиливается коррозия аппаратуры, а также уносится с уходящими газами большое количество электролита.
Для уменьшения внутреннего сопротивления электролита пользуются растворами с наибольшей электропроводностью; обычно применяют растворы КОН или NaOH в перегнанной воде (25 - 29%-ные растворы КОН дли 16 - 18%-ные растворы NaOH). Уменьшение внутреннего сопротивления достигается также путем максимального уменьшения расстояния между электродами (до 5 мм в современных ваннах).
Расход энергии и выход по току. Расход электрической энергии W пропорционален напряжению V и количеству электричества U:
W=V-U
Количество электричества, необходимое для выделения 1 м3 водои 05 м. кислоода
рода и 0,5 м. кислорода
,,
U - р
2-96500-1000
22,4-3600-1000